JPH0315440A - 圧脈波検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、圧脈波検出装置に関するものであり、特に、
温度の影響を抑制する技術に関するものである。

従来の技術 生体の動脈内において周期的に発生ずる圧力変動波、す
なわち圧脈波は血圧値だけでなく循環器の作動状態を反
映しているため、血圧値の測定或いは循環器の診断など
のために生体動脈内の圧脈波を非観血的に検出すること
が望まれる。

これに対し、生体の皮膚直下の動脈に発生する圧脈波を
非観血的に検出するためにその動脈の真上を皮膚上から
押圧する形式の脈波検出装置が提案されている。たとえ
ば、米国特許第４４２３７３８号に記載されている脈波
検出装置がそれである。このような形式の脈波検出装置
は、半導体基板の下面（押圧面）に凹陥部を局所的に形
或することによって薄肉部を形成し且つこの薄肉部に発
生する歪を電気信号に変換するピエゾ抵抗素子を設ける
一方、上記凹陥部内には皮膚表面から上記薄肉部へ圧脈
波を伝達するためにシリコンゴムなどの軟質充填材を充
填し、上記半導体基板を生体に押圧することによりその
生体内の動脈から発生する圧脈波を検出するように構威
されている。

発明が解決すべき課題 ところで、上記のように構成された圧脈波検出装置にお
いては、半導体基板とその凹陥部内の軟質充填材との熱
膨張差に起因して、温度変化により半導体基板の薄肉部
に歪が発生ずることが避けられない。このため、圧脈波
を表す出力信号に温度ドリフトが生して正確な圧脈波が
得られない欠点があった。このように圧脈波検出装置の
出力信号に温度ドリフトが生しると、その出力信号に基
づいて求められる血圧値の精度が低下するなどの不都合
が発生ずるのである。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、
その目的とするところは、軟質充填材と半導体基板との
間の熱膨張差に起因する脈波検出精度の低下のない脈波
検出装置を提供することにある。

課題を解決するための手段 斯る目的を達威するための本発明の要旨とするところは
、半導体基板の一面において凹陥部を局所的に形或する
ことにより設けられた薄肉部に、その薄肉部に発生する
歪を電気信号に変換する感圧素子を設け、半導体基板を
生体に押圧することにより該生体内の動脈から発生する
圧脈波を検出する圧脈波検出装置において、前記半導体
基板の前記凹陥部が形成されていない側の面を前記生体
に押圧することにある。

作用および発明の効果 このようにすれば、半導体基板の押圧面には凹陥部が形
成されておらず、生体内から充填材を介さないで薄肉部
へ直接伝達された圧脈波が、その薄肉部に設けられた感
圧素子によって検出されるので、軟質充填材と半導体基
板との間の熱膨張差に起因する脈波検出精度の低下が解
消される。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第２図は、本発明の一実施例である脈波検出装置を示す
斜視図である。ハウジング１０は、樹脂製であって全体
として容器状を威し、長手方向の側面の基本形状が三日
月状に形成されているとともに、底壁の幅方向中間部が
長平方向に沿って所定形状に突き出した形状とされてい
る。このようなハウジング１０は、後述の第４図に示す
ように、その開口端がたとえば手首などの生体の一部に
おいてその表面１２に対向する状態で装着バンドｌ４に
より着脱可能に取り付けられるようになっている。

第３図および第４図に詳しく示すように、減速ギアユニ
ット２２をハウジング１０に固定するために、断面Ｌ字
形の樹脂製の支持プレート２４がねし部材２３により減
速ギアユニット２２に固定されており、その一面から突
き出ず一対のブラケット２６（一方のみ図示）がねし部
材２５によりハウジング１０め相対向する側壁１８．２
０に固着されている。減速ギアユニット２２は、第１歯
車３０と噛み合う第２歯車３２と、第２歯車３２と同軸
に固定された第３歯車３４と、第３歯車３４と噛み合う
第４歯車３６と、第４歯車３６と同軸に固定された第５
歯車３８と、第５歯車３８と噛み合う状態で駆動モーク
４０の出力軸４２に固定された第６歯車４４とを金属製
の枠部材２８内にそれぞれ回転可能に備えている。上記
第ｌ歯車３０は、枠部材２８に嵌め着けられた樹脂製の
軸受４６を貫通した送りねし４８の一端部に固定されて
いる。これにより、送りねじ４８と駆動モータ４０とが
作動的に連結され、駆動モーク４０により送りねし４８
が回転駆動されるようになっている。なお、上記駆動モ
ータ４０は、枠部材２８に固定されている。

ハウジング１０の端部には、偏心軸受５０を嵌め着ける
ための穴５２が形成されており、前記送りねじ４８の他
端部はその偏心軸受５０により支持されている。これに
より送りねじ４８は、回転可能な状態でハウジングｌＯ
の幅方向中央に位置させられている。上記偏心軸受５０
は、第５図に詳しく示すように、前記穴５２に嵌め入れ
られる円筒部５４と、円筒部５４の端部に形成された大
径のフランジ部５６と、円筒部５４およびフランシ部５
６の軸芯からずれた位置に形成された偏心穴５８とを備
えている。また、フランジ部５６の端面には、回転位置
調整工具の先端部と係合するための細溝６０が径方向に
沿って形成されている。

したがって、この偏心軸受５０の細溝６０に調整工具を
嵌め入れて回転させることにより、偏心穴５８に嵌合さ
れた送りねし４８の他端部が第４図中」二下および左右
方向に変位させられるようになっている。

押圧装置６６は、第３図および第４図に示すように、送
りねし４８に螺合された螺合部材６８およびその螺合部
材６８の下側にダイアフラム７０を介して固定された角
筒状部材７２とから構或されている。そして、ダイアフ
ラム７０の中央部には、脈波センザ７４が固定されてい
る。上記螺合部材６８とダイアフラム７０とによって圧
力室７６が形成されるので、この圧力室７６に図示しな
い圧力調節装置から所定の圧力が供給されると、上記脈
波センサ７４が圧力室７６の圧力に応した押圧力で生体
の表面１２に向かって押圧されるようになっている。脈
波セン・り゜７４の押圧面７８には、後述のように、半
導体歪抵抗や感圧ダイオード等の複数の圧力検出素子が
配列された半導体基板が設けられており、動脈８０の壁
の一部が平坦になるように押圧された状態で、動脈８０
から心拍に同期して発生する圧脈波が検出されるように
なっている。

上記押圧装置６６は、外周形状が四角形状を威しており
、その両側面には、第３図に示すように、一対の案内溝
８２が設けられている。一方、ハウジング１０の側壁１
８．２０の内壁面であって上記両案内溝８２と対応する
位置には、第３図および第４図に示すように、一対のガ
イドレール８４が設けられており、押圧装置６６はその
案内溝８２およびガイドレール８４により動脈８０と略
直交する方向において所定の移動ストローク内でがたつ
きなく直線的に案内されるようになっている。

上記のように、本実施例では、一端に第１歯車３０が固
定されている送りねし４８の他端部が、偏心軸受５０に
より回転可能に支持されていることから、その偏心軸受
５０の軸まわりの回転位置をＩ具などを用いて変更する
ことにより、送りねし４８の他端部の支持位置が移動さ
せられ、それに伴って送りねし４８の一端部に固定され
た第１歯車３０の軸芯位置が移動させられる。すなわち
、送りねし４８は、軸受け４６を支点として僅かに回動
さセられるのである。これにより、組み立てに際して減
速ギャユニッ１・２２の第２歯車３２と送りねし４８の
一端部に固定された第１歯車３０との軸心間距離が調整
されてそれらの噛合状態が良好に設定される。したがっ
て、第１歯車３０と第２歯車３２との間の軸心間距離の
ばらつきに起因して脈波センサ７４が円滑に移動され得
なかったり、或いは異常摩耗に起因して耐久性が損なわ
れたりすることが解消されるとともに、第１歯車３０と
第２歯車３２との寸法誤差を解消するために各構成部品
の公差を小さくする必要がないので、装置が高価となる
ことがない。

前記脈波センサ７４は、第６図に示すように、導体が積
層配線されたセラξツク基板９０と、セラごツタ製或い
は樹脂製などの電気的絶縁材料から構成されてセラごツ
ク基板９０の中央部に固定されたスペーサ９２と、その
スペーサ９２により支持されて生体の皮膚に押圧される
押圧板９４とを備えている。この押圧板９４は、第７図
の斜視図に示すように、比較的剛性の高いハツクア・ノ
ブ板９６と、このハックアップ板９６の一面に接着され
た半導体基板９８とから構成されている。上記バックア
ップ板９６と半導体基板９８とは、エポキシ樹脂或いは
シリコンゴムなどにより好適に接着される。上記ハック
アップ板９６は、ガラス製或いは半導体基板９８と同し
半導体製の厚肉板などが用いられる。上記ハツクアツプ
板９６と半導体基板９８との間の熱膨張差の影響をなく
すにためには、接着剤としてエボキシ樹脂よりシリコン
ゴムを用いることが一層効果的であり、また、バックア
ップ板９６としてはガラス製より半導体９ ｌ０ 製厚肉板を用いることが一層効果的である。したがって
、半導体基板９８と同し半導体製のバックアンプ板９６
の上にシリコンゴムを用いて半導体基板９８を接着する
ことが最も好ましい組み合わせである。

本実施例では、半導体基板９８はシリコン単結晶板であ
り、第７図に示すように、その中央部には、接触圧を検
知するための複数の感圧素子１００が一方向に沿って配
列されている。本実施例の脈波検出装置は、上記感圧素
子１００が動脈８０の真上に位置し七つそれらの配列方
向が動脈８０と直交する姿勢で、脈波センサ７４が押圧
されるようになっている。

第１図は、上記半導体基板９８およびハックアップ板９
６の構造を説明するための第７図のＩＩ視断面図である
。図において、５００μｍ乃至１５００μｍの厚みとさ
れることにより剛性が高められたハックアップ板９６に
は、スペーサ９２およびセラごツタ基板９０の中央穴を
通して半導体基板９８の裏面（非押圧側の面）に大気圧
を導くための２本の貫通穴１０２が設けられている。半
導体基板９８は、３００ごクロン程度の厚みを備えてお
り、その裏面に長手状の凹陥部１０４が形成されること
により、厚みが数乃至十数ごクロンの薄肉部１０６が形
成されている。この薄肉部１０６には、半導体基板９８
の厚みよりも低い高さを備え且つ上記長手状の凹陥部１
０４を横断する突条１０８が一定の間隔で複数本形成さ
れ、上記薄肉部１０６の該突条１０８の間に位置する部
分において前記感圧素子１００が複数設けられているの
である。本実施例においては、上記突条１０８は数十ミ
クロンの幅寸法を備えて２００乃至２５０ミクロンの間
隔で配設されている。上記突条１０８の高さは、クロス
トークを防止するために適宜決定される。

第８図は、半導体基板９８の押圧面を正面から見た図で
あり、上記突条１０８の間の薄肉部１０６に配設されて
いる感圧素子１００の構威を示している。図においては
１つの感圧素子１００についての配置および接続構造が
示されている。４つ】　２ の歪抵抗素子１１０ａ、１１０ｂ、１１０Ｃ、１１０ｄ
は、たとえば所定の不純物の拡散或いは注入などの良く
知られた半導体製造手法を用いて形成されている。また
、上記４つの歪抵抗素子１１０ａ、１１０ｂ，１１０ｃ
、１１０ｄの電橋を構成するための導体１１２ａ、１１
２ｂ、１１２ｃ，１１２ｄも、所定の不純物の拡散或い
は注入などの良く知られた半導体製造手法を用いて形成
されている。上記歪抵抗素子１１０ａ、１］Ｏｂ、１１
０ｃ，１１０ｄおよび導体１１２ａ、１１２ｂ、１１２
ｃ，１１２ｄにより構威された電橋は、それが配設され
ている薄肉部１０６に加えられた歪に対応した電気信号
を発生するので、１つの感圧素子１００を構威している
のである。なお、上記歪抵抗素子１１０ａ、１１０ｂ，
１１０ｃ，１１０ｄおよび導体１１２ａ、１１２ｂ，１
１２ｃ、１１２ｄは、半導体基板９８の不純物濃度を局
所的に高めることにより構威されているので、通常は目
視できない。

上記半導体基板９日は、たとえば、次のように製作され
る。先ず、第９図に示すような半導体ウエハに第１エッ
チングのためのレジスｌ−　１　１　４を第１０図に示
すように塗着して第１エッチングを行い且つレジスト除
去を行うと、第１１図に示すような比較的浅い凹陥部１
１６が得られる。この比較的浅い凹陥部１１６の縦寸法
および横寸法ば前記凹陥部１０４と同じである。次いで
、第２エッチングのためのレジスト１１８を第１２図に
示すように塗着して第２エッチングを行い且つレジスト
除去を行うと、第■３図に示すように、前述の凹陥部１
０４が形成されるのである。

前記セラミック基板９０には、積層導体配線が設けられ
ており、それらの配線中にマルチプレクサやプリアンプ
用の半導体チップが装着され且つワイヤポンディングさ
れている。また上記のように薄肉部１０６において感圧
素子１００が複数設けられる結果、各感圧素子１００の
電源端子や各感圧素子１００からの出力端子が半導体基
板９８の端縁に沿って配列されており、それらの端子列
とセラ旦ツク基板９０に設けられ端子列との間は、１３ 】　４ 第６図に示すように、たとえば１００ξクロン間隔の導
線パターンをｊｉｆｆえたフラットケーブル１２０によ
り接続されている。このフラットケーブル１２０は、た
とえば、ボリイｓト樹脂フィルムの片面に貼着された銅
箔をエッチングし且つ端子部分に金またはその合金をメ
ッキすることにより構成されており、半導体基板９８で
は、その押圧面に配列されたハンプにフラノ；〜ゲーブ
ル１２０の一端部が熱圧着または超音波圧着によって接
続される。そして、上記のように固定され且つ接続され
た半導体基板９８の押圧面は、必要に応してコーティン
グされる。

以上のように構威された脈波検出装置においては、半導
体基板９８の押圧面に凹陥部が形成されておらず、生体
内から充填材を介さないで薄肉部１０６へ直接伝達され
た圧脈波がその薄肉部１０６に設けられた感圧素子１０
０によって検出されるので、軟質充填材と半導体基板と
の間の熱膨張差に起因する脈波検出精度の低下が解消さ
れる。

また、本実施例によれば、長手状の凹陥部１０４の底に
位置する長手状の薄肉部１０６に感圧素子１００が複数
配列されているので、個々の独立した凹陥部の薄肉部に
感圧素子をそれぞれ設ける場合と比較して、感圧素子１
００の配列間隔を狭められる利点がある。

しかも、本実施例によれば、長手状の薄肉部１０６に配
設された複数の感圧素子１００の間に突条１０８が設け
られているので、薄肉部１０６における隣接部分の歪の
影響に起因する相互干渉（クロストーク）が大幅に抑制
され、微小間隔の複数の検出点において独立して圧力検
出できる利点がある。

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実
施例において前述の説明と共通する部分には同一の符号
を付して説明を省略する。

第１４図および第１５図において、長手状の薄肉部１０
６に配設された複数の感圧素子１００の間には、前記の
突条１０８に替えて、その突条１０８と同様の幅および
長さの複数本の長穴１２２がレーザビーム照則により貫
通した状態で形或さ１５ １６ れている。これによれば、薄肉部１０６における隣接部
分の歪の影響に起因する相互干渉が極めて減少する利点
がある。−Ｌ記長穴１２２の長さは、薄肉部１０６の幅
寸法以下であっても一応の効果かえられる。

また、第１６図においては、前述のスペーサ９２に替え
て、前述のハックアップ板９６よりも厚いガラス製ハッ
クアップ板１２６が用いられるとともに、半導体基板９
８とセラ宅ツク基板９０とが金ワイヤ１２８を用いてワ
イヤボンディングされている。この場合、好ましくは、
最初に金ワイヤ１２８の一端がセラミック基板９０にボ
ンディングされ、その後金ワ、イヤ１２８の他端が半導
体基板９８にボンディングされる。このようにすれば、
金ワイヤ１２８のボール状端部がセラミック基板９０側
に位置しているため、半導体基板９８側のボンディング
部の高さが低くされる利点がある。なお、上記ボンディ
ング部および金ワイヤ１２８は保護樹脂１３０により保
護されている。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、
本発明はその他の態様においても適用される。

たとえば、前述の実施例においては、感圧素子１００が
長手状の薄肉部１０６に所定間隔で設けられていたが、
個々の独立した凹陥部の薄肉部に感圧素子をそれぞれ設
けてもよいのである。要するに、半導体基板９８の非押
圧面に凹陥部が設番』られることにより薄肉部が形成さ
れ、半導体基板９８の凹陥部が形成されていない側の面
を前記生体に押圧するように構威されていればよいので
ある。

また、前述の実施例の薄肉部１０６に設けられている電
橋を構戒する導体１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ，１１
２ｄは、アルミ蒸着などによって構威されてもよい。

また、前述の半導体基板９８にはシリコン単結晶板が用
いられていたが、ガリウム−砒素などの化合物半導体の
単結晶板が用いられてもよい。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり
、本発明はその目的を逸脱しない範囲で１７ １８ 種々変更が加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第６図の押圧板の構造を詳しく示す断面図で
ある。第２図は、本発明の一実施例の脈波検出装置を示
す斜視図である。第３図は第２図の装置の横断面を示す
図であり、第４図は第２図の装置の縦断面を示す図であ
る。第５図は第２図の装置に用いられる偏心軸受を示す
斜視図である。 第６図は第２図の実施例の脈波センサを詳しく示す要部
断面図である。第７図は、第６図の押圧板を示す斜視図
である。第８図は、第１図の感圧素子の構威を説明する
図である。第９図、第１０図、第１１図、第ｌ２図、第
１３図ば、第１図の半導体基板の製造工程をそれぞれ説
明する図である。 第ｌ４図および第１５図は、本発明の他の実施例におけ
る第１図および第８図にそれぞれ相当する図である。第
１６図は、本発明の他の実施例における第６図に相当す
る図である。 １００：感圧素子 １０６：薄肉部 １０８：突条

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板の一面において凹陥部を局所的に形成
   することにより設けられた薄肉部に、該薄肉部に発生す
   る歪を電気信号に変換する感圧素子を設け、該半導体基
   板を生体に押圧することにより該生体内の動脈から発生
   する圧脈波を検出する圧脈波検出装置において、 前記半導体基板の前記凹陥部が形成されていない側の面
   を前記生体に押圧することを特徴とする圧脈波検出装置
   。
2. （２）前記半導体基板に形成された凹陥部は長手溝であ
   り、該長手溝内には前記半導体基板の厚みよりも低い高
   さを備え且つ上記長手溝を横断する突条が複数本形成さ
   れ、前記薄肉部の該突条の間に位置する部分において前
   記感圧素子が複数設けられているものである請求項１に
   記載の圧脈波検出装置。